Definirea undelor electromagnetice. Impactul undelor decimetrice. Scala de radiații electromagnetice

Undele electromagnetice este procesul de propagare a unui câmp electromagnetic alternativ în spațiu. Teoretic, existența undelor electromagnetice a fost prezisă de omul de știință englez Maxwell în 1865 și au fost obținute pentru prima dată experimental de omul de știință german Hertz în 1888.

Din teoria lui Maxwell urmează formule care descriu oscilațiile vectorilor și. Undă electromagnetică monocromatică plană care se propagă de-a lungul axei X, este descris de ecuații

Aici EȘi H- valori instantanee, și E m și H m - valorile amplitudinii intensității câmpului electric și magnetic, ω - frecventa circulara, k- numărul valului. Vectorii și oscilează cu aceeași frecvență și fază, sunt reciproc perpendiculari și, în plus, perpendiculari pe vector - viteza de propagare a undei (Fig. 3.7). Adică undele electromagnetice sunt transversale.

În vid, undele electromagnetice se deplasează cu viteză. Într-un mediu cu constantă dielectrică ε și permeabilitatea magnetică µ viteza de propagare a undei electromagnetice este egală cu:

Frecvența oscilațiilor electromagnetice, precum și lungimea de undă, pot fi, în principiu, orice. Clasificarea undelor după frecvență (sau lungime de undă) se numește scara undelor electromagnetice. Undele electromagnetice sunt împărțite în mai multe tipuri.

Unde radio au o lungime de undă de la 10 3 la 10 -4 m.

Unde luminoase include:

radiații cu raze X - .

Undele luminoase sunt unde electromagnetice care includ părțile infraroșu, vizibile și ultraviolete ale spectrului. Lungimile de undă ale luminii în vid corespunzătoare culorilor primare ale spectrului vizibil sunt prezentate în tabelul de mai jos. Lungimea de undă este dată în nanometri.

Masa

Undele luminoase au aceleași proprietăți ca undele electromagnetice.

1. Undele luminoase sunt transversale.

2. Vectorii și oscilează într-o undă luminoasă.

Experiența arată că toate tipurile de influențe (fiziologice, fotochimice, fotoelectrice etc.) sunt cauzate de oscilațiile vectorului electric. El este numit vector luminos .

Amplitudinea vectorului luminos E m este adesea notat cu litera A iar în loc de ecuația (3.30), se folosește ecuația (3.24).

3. Viteza luminii în vid.

Viteza unei unde luminii într-un mediu este determinată de formula (3.29). Dar pentru medii transparente (sticlă, apă) este obișnuit.

Pentru undele luminoase se introduce conceptul de indice absolut de refracție.

Indicele de refracție absolut este raportul dintre viteza luminii în vid și viteza luminii într-un mediu dat

Din (3.29), ținând cont de faptul că pentru mediile transparente, putem scrie egalitatea.

Pentru vid ε = 1 și n= 1. Pentru orice mediu fizic n> 1. De exemplu, pentru apă n= 1,33, pentru sticlă. Un mediu cu un indice de refracție mai mare se numește mai dens optic. Raportul indicilor absoluti de refracție se numește indice relativ de refracție:

4. Frecvența undelor luminoase este foarte mare. De exemplu, pentru lumina roșie cu lungime de undă.

Când lumina trece de la un mediu la altul, frecvența luminii nu se schimbă, dar viteza și lungimea de undă se modifică.

Pentru vid - ; pentru mediu - , atunci

.

Prin urmare, lungimea de undă a luminii din mediu este egală cu raportul dintre lungimea de undă a luminii în vid și indicele de refracție

5. Pentru că frecvența undelor luminoase este foarte mare , atunci ochiul observatorului nu distinge vibrațiile individuale, ci percepe fluxurile medii de energie. Aceasta introduce conceptul de intensitate.

Intensitate este raportul dintre energia medie transferată de val la perioada de timp și aria locului perpendicular pe direcția de propagare a undei:

Deoarece energia undei este proporțională cu pătratul amplitudinii (vezi formula (3.25)), intensitatea este proporțională cu valoarea medie a pătratului amplitudinii

Caracteristica intensității luminii, ținând cont de capacitatea sa de a provoca senzații vizuale, este flux luminos - F .

6. Natura ondulatorie a luminii se manifestă, de exemplu, în fenomene precum interferența și difracția.

Capitolul 1

PARAMETRII DE BAZĂ AI UNDELOR ELECTROMAGNETICE

Ce este o undă electromagnetică poate fi ușor ilustrat folosind următorul exemplu. Dacă aruncați o pietricică pe suprafața apei, la suprafață se vor forma valuri, răspândindu-se în cercuri. Se deplasează de la sursa originii lor (perturbare) cu o anumită viteză de propagare. Pentru undele electromagnetice, perturbațiile sunt câmpuri electrice și magnetice care se mișcă în spațiu. Un câmp electromagnetic care se modifică în timp determină în mod necesar apariția unui câmp magnetic alternant și invers. Aceste domenii sunt legate reciproc.

Sursa principală a spectrului undelor electromagnetice este steaua Soarelui. O parte din spectrul undelor electromagnetice este vizibilă pentru ochiul uman. Acest spectru se află în intervalul 380...780 nm (Fig. 1.1). În spectrul vizibil, ochiul simte lumina diferit. Vibrațiile electromagnetice cu lungimi de undă diferite provoacă senzația de lumină cu culori diferite.

O parte din spectrul undelor electromagnetice este utilizată în scopuri de radioteleviziune și comunicații. Sursa undelor electromagnetice este un fir (antenă) în care oscilează sarcinile electrice. Procesul de formare a câmpului, care a început în apropierea firului, treptat, punct cu punct, acoperă întreg spațiul. Cu cât este mai mare frecvența curentului alternativ care trece prin fir și generează un câmp electric sau magnetic, cu atât undele radio de o anumită lungime create de fir sunt mai intense.

Undele electromagnetice au următoarele caracteristici principale.

1. Lungimea de undă lв, este cea mai scurtă distanță dintre două puncte din spațiu la care faza unei unde electromagnetice armonice se modifică cu 360°. O fază este o stare (etapă) a unui proces periodic (Fig. 1.2).

Televiziunea terestră utilizează unde metru (MB) și decimetru (UHF), în timp ce transmisia prin satelit utilizează unde centimetrice (CM). Pe măsură ce intervalul de frecvență SM este umplut, domeniul undelor milimetrice (banda Ka) va fi stăpânit.

2. Perioada de oscilație a undei T- timpul în care are loc o schimbare completă a intensității câmpului, adică timpul în care un punct al unei unde radio, având o fază fixă, parcurge o cale egală cu lungimea de undă lв.

3. Frecvența oscilațiilor câmpului electromagnetic F(numărul de oscilații de câmp pe secundă) este determinat de formulă

Unitatea de măsură pentru frecvență este hertz (Hz), frecvența la care are loc o oscilație pe secundă. În transmisia prin satelit trebuie să se ocupe de frecvențe foarte înalte ale oscilațiilor electromagnetice măsurate în gigaherți.

Pentru transmisia de televiziune directă prin satelit (SNTV) prin legătura Spațiu-Pământ, se utilizează banda joasă în banda C și o parte a benzii Ku (10,7...12,75 GGI). Partea superioară a acestor intervale este utilizată pentru a transmite informații de-a lungul liniei Pământ - Spațiu (Tabelul 1.1).

4. Viteza valurilor CU - viteza de propagare succesivă a undelor de la o sursă de energie (antenă).

Viteza de propagare a undelor radio în spațiul liber (vid) este constantă și egală cu viteza luminii C = 300.000 km/s. În ciuda unei viteze atât de mari, unda electromagnetică se deplasează de-a lungul liniei Pământ - Spațiu - Pământ într-un timp de 0,24 s. Pe pământ, emisiunile de radio și televiziune pot fi recepționate aproape instantaneu oriunde. Când se propagă în spațiu real, de exemplu în aer, viteza unei unde radio depinde de proprietățile mediului; de obicei este mai mică. CU asupra valorii indicelui de refracţie al mediului.

Frecvența undelor electromagnetice F, viteza de propagare a acestora C și lungimea de undă l sunt legate prin relația

lв=C/F, iar din moment ce F=1/T apoi lв=С*T.

Înlocuind valoarea vitezei C = 300.000 km/s în ultima formulă, obținem

lv(m)=3*10^8/F(m/s*1/Hz)

Pentru frecvențe înalte, lungimea de undă a oscilației electromagnetice poate fi determinată cu formula lv(m)=300/F(MHz) Cunoscând lungimea de undă a oscilației electromagnetice, frecvența este determinată de formula F(MHz)=300/lv (m)

5. Polarizarea undelor radio. Componentele electrice și magnetice ale câmpului electromagnetic sunt, respectiv, caracterizate de vectori E și N, care arată valoarea intensităților câmpului și direcția acestora. Polarizarea este orientarea vectorului câmpului electric E valuri în raport cu suprafața pământului (Fig. 1.2).

Tipul de polarizare a undelor radio este determinat de orientarea (pozitia) antenei de transmisie fata de suprafata pamantului. Atât televiziunea terestră, cât și cea prin satelit utilizează polarizare liniară, adică orizontală Nși V vertical (Fig. 1.3).

Undele radio cu un vector de câmp electric orizontal se numesc polarizate orizontal, iar cele cu un câmp electric vertical se numesc polarizate vertical. Planul de polarizare al ultimelor unde este vertical, iar vectorul N(vezi Fig. 1.2) este în plan orizontal.

Dacă antena de transmisie este instalată orizontal deasupra suprafeței pământului, atunci liniile câmpului electric vor fi și ele situate orizontal. În acest caz, câmpul va induce cea mai mare forță electromotoare (EMF) în orizontală

Figura 1.4. Polarizarea circulară a undelor radio:

LZ- stânga; RZ- dreapta

antenă de recepție situată zonal. Prin urmare, când N polarizarea undelor radio, antena de recepție trebuie să fie orientată orizontal. În acest caz, teoretic nu va exista nicio recepție de unde radio pe o antenă amplasată vertical, deoarece fem-ul indus în antenă este zero. În schimb, atunci când antena de transmisie se află în poziție verticală, antena de recepție trebuie să fie și ea poziționată vertical, ceea ce îi va permite să obțină cel mai mare EMF.

În transmisiile de televiziune de la sateliții artificiali de pe Pământ (AES), pe lângă polarizările liniare, polarizarea circulară este utilizată pe scară largă. Acest lucru se datorează, destul de ciudat, spațiului aglomerat din aer, deoarece există un număr mare de sateliți de comunicații și sateliți pentru difuzarea directă (în direct) de televiziune pe orbită.

Adesea, în tabelele cu parametrii satelitului, acestea oferă o denumire abreviată pentru tipul de polarizare circulară - L și R. Polarizarea circulară a undelor radio este creată, de exemplu, de o spirală conică la alimentarea unei antene de transmisie. În funcție de direcția de înfășurare a spiralei, polarizarea circulară este la stânga sau la dreapta (Fig. 1.4).

În consecință, un polarizator trebuie instalat în alimentarea unei antene de televiziune terestră prin satelit, care răspunde la polarizarea circulară a undelor radio emise de antena de transmisie a satelitului.

Să luăm în considerare problemele de modulare a oscilațiilor de înaltă frecvență și spectrul lor atunci când sunt transmise de la sateliți. Este recomandabil să faceți acest lucru în comparație cu sistemele de difuzare terestre.

Separația dintre frecvențele purtătoarei de imagine și audio este de 6,5 MHz, restul benzii laterale inferioare (în stânga purtătorului de imagine) este de 1,25 MHz, iar lățimea canalului audio este de 0,5 MHz.

(Fig. 1.5). Luând în considerare acest lucru, se presupune că lățimea totală a canalului de televiziune este de 8,0 MHz (conform standardelor D și K adoptate în țările CSI).

Un post de televiziune emițător are două emițătoare. Unul dintre ele transmite semnale electrice de imagine, iar celălalt transmite sunet, respectiv, la frecvențe purtătoare diferite. O modificare a unui parametru al oscilației de înaltă frecvență purtătoare (putere, frecvență, fază etc.) sub influența oscilațiilor de joasă frecvență se numește modulație. Sunt utilizate două tipuri principale de modulație: modulația de amplitudine (AM) și modulația de frecvență (FM). În televiziune, semnalele de imagine sunt transmise de la AM, iar sunetul de la FM. După modulare, vibrațiile electrice sunt amplificate în putere, apoi intră în antena de transmisie și sunt emise de aceasta în spațiu (eter) sub formă de unde radio.

În emisiunile de televiziune terestră, din mai multe motive, este imposibil să se utilizeze FM pentru transmiterea semnalelor de imagine. Pe SM există mult mai mult spațiu în aer și există o astfel de oportunitate. Ca urmare, canalul satelit (transponder) ocupă o bandă de frecvență de 27 MHz.

Avantajele modulării în frecvență a unui semnal subpurtător:

sensibilitate mai mică la interferențe și zgomot în comparație cu AM, sensibilitate scăzută la neliniaritatea caracteristicilor dinamice ale canalelor de transmisie a semnalului, precum și stabilitatea transmisiei pe distanțe lungi. Aceste caracteristici sunt explicate prin constanța nivelului semnalului în canalele de transmisie, posibilitatea de a efectua corecția frecvenței de pre-accentuare, care are un efect benefic asupra raportului semnal-zgomot, datorită căruia FM poate reduce semnificativ puterea transmițătorului la transmiterea informațiilor pe aceeași distanță. De exemplu, sistemele de difuzare terestre folosesc transmițătoare care sunt de 5 ori mai puternice pentru a transmite semnale de imagine pe același post de televiziune decât pentru a transmite semnale audio.

Undele electromagnetice sunt propagarea câmpurilor electromagnetice în spațiu și timp.

După cum sa menționat mai sus, existența undelor electromagnetice a fost prezisă teoretic de marele fizician englez J. Maxwell în 1864. El a analizat toate legile electrodinamicii cunoscute la acea vreme și a încercat să le aplice câmpurilor electrice și magnetice care variază în timp. El a introdus conceptul de câmp electric vortex în fizică și a propus o nouă interpretare a legii inducției electromagnetice, descoperită de Faraday în 1831: orice modificare a câmpului magnetic generează un câmp electric vortex în spațiul înconjurător, liniile de forță ale care sunt închise.

El a emis ipoteza existenței unui proces invers: un câmp electric care variază în timp generează un câmp magnetic în spațiul înconjurător. Maxwell a fost primul care a descris dinamica unei noi forme de materie - câmpul electromagnetic și a derivat un sistem de ecuații (ecuațiile lui Maxwell) care leagă caracteristicile câmpului electromagnetic cu sursele sale - sarcini electrice și curenți. Într-o undă electromagnetică, au loc transformări reciproce ale câmpurilor electrice și magnetice. Figura 2 a, b ilustrează transformarea reciprocă a câmpurilor electrice și magnetice.

Figura 2 - Transformarea reciprocă a câmpurilor electrice și magnetice: a) Legea inducției electromagnetice în interpretarea lui Maxwell; b) Ipoteza lui Maxwell. Un câmp electric în schimbare generează un câmp magnetic

Împărțirea câmpului electromagnetic în electric și magnetic depinde de alegerea sistemului de referință. Într-adevăr, în jurul sarcinilor în repaus în același cadru de referință, există doar un câmp electric; totuși, aceleași sarcini se vor deplasa față de un alt sistem de referință și vor genera în acest sistem de referință, pe lângă cel electric, și un câmp magnetic. Astfel, teoria lui Maxwell a legat între ele fenomenele electrice și magnetice.

Dacă un câmp electric sau magnetic alternativ este excitat cu ajutorul sarcinilor oscilante, atunci în spațiul înconjurător apare o succesiune de transformări reciproce ale câmpurilor electrice și magnetice, care se propagă din punct în punct. Ambele câmpuri sunt vortex, iar vectorii și sunt localizați în planuri reciproc perpendiculare. Procesul de propagare a câmpului electromagnetic este prezentat schematic în Fig. 3. Acest proces, care este periodic în timp și spațiu, este o undă electromagnetică.

Figura 3 - Procesul de propagare a câmpului electromagnetic

Această ipoteză a fost doar o presupunere teoretică care nu a avut confirmare experimentală, dar pe baza ei Maxwell a fost capabil să scrie un sistem consistent de ecuații care descrie transformările reciproce ale câmpurilor electrice și magnetice, adică sistemul de ecuații ale câmpului electromagnetic.

Deci, din teoria lui Maxwell rezultă o serie de concluzii importante - proprietățile de bază ale undelor electromagnetice.

Există unde electromagnetice, adică un câmp electromagnetic care se propagă în spațiu și timp.

În natură, fenomenele electrice și magnetice acționează ca două părți ale unui singur proces.

Undele electromagnetice sunt emise de sarcini oscilante. Prezența accelerației este condiția principală pentru emisia undelor electromagnetice, adică.

• - orice modificare a câmpului magnetic creează un câmp electric vortex în spațiul înconjurător (Fig. 2a).
• - orice modificare a câmpului electric excită un câmp magnetic vortex în spațiul înconjurător, ale cărui linii de inducție sunt situate într-un plan perpendicular pe liniile de intensitate ale câmpului electric alternativ și le acoperă (Fig. 2b).

Liniile de inducție ale câmpului magnetic emergent formează un „șurub potrivit” cu vectorul. Undele electromagnetice sunt transversale - vectori și perpendiculare între ele și se află într-un plan perpendicular pe direcția de propagare a undei (Fig. 4).

Figura 4 - Unde electromagnetice transversale

Modificările periodice ale câmpului electric (vectorul de tensiune E) generează un câmp magnetic în schimbare (vectorul de inducție B), care, la rândul său, generează un câmp electric în schimbare. Oscilațiile vectorilor E și B apar în planuri reciproc perpendiculare și perpendiculare pe linia de propagare a undei (vector viteză) și sunt în fază în orice punct. Liniile de câmp electric și magnetic dintr-o undă electromagnetică sunt închise. Astfel de câmpuri sunt numite câmpuri vortex.

Undele electromagnetice se propagă în materie cu o viteză finită, iar acest lucru a confirmat încă o dată validitatea teoriei interacțiunii pe distanță scurtă.

Concluzia lui Maxwell despre viteza finită de propagare a undelor electromagnetice era în conflict cu teoria acțiunii pe distanță lungă acceptată la acea vreme, în care se presupunea că viteza de propagare a câmpurilor electrice și magnetice este infinit de mare. Prin urmare, teoria lui Maxwell se numește teoria acțiunii cu rază scurtă de acțiune.

Astfel de unde se pot propaga nu numai în gaze, lichide și solide, ci și în vid.

Viteza undelor electromagnetice în vid este c=300.000 km/s. Viteza de propagare a undelor electromagnetice în vid este una dintre constantele fizice fundamentale.

Propagarea unei unde electromagnetice într-un dielectric este o absorbție și reemitere continuă a energiei electromagnetice de către electroni și ionii unei substanțe care efectuează oscilații forțate în câmpul electric alternativ al undei. În acest caz, viteza undei în dielectric scade.

Undele electromagnetice transportă energie. Când undele se propagă, apare un flux de energie electromagnetică. Dacă alegem un sit S (Fig. 4), orientat perpendicular pe direcția de propagare a undei, atunci în scurt timp Dt energia DWem va curge prin sit, egală cu

DWem = (noi + wm)xSDt.

La trecerea de la un mediu la altul, frecvența undei nu se modifică.

Undele electromagnetice pot fi absorbite de materie. Acest lucru se datorează absorbției rezonante a energiei de către particulele încărcate de materie. Dacă frecvența naturală de oscilație a particulelor dielectrice este foarte diferită de frecvența undei electromagnetice, absorbția are loc slab, iar mediul devine transparent la unda electromagnetică.

Când se lovește interfața dintre două medii, o parte din undă este reflectată, iar o parte trece în celălalt mediu, fiind refractată. Dacă al doilea mediu este un metal, atunci unda transmisă în al doilea mediu se atenuează rapid și cea mai mare parte a energiei (în special oscilațiile de joasă frecvență) este reflectată în primul mediu (metalele sunt opace la undele electromagnetice).

Propagandu-se in medii, undele electromagnetice, ca orice alte unde, pot experimenta refractie si reflexie la interfata dintre medii, dispersie, absorbtie, interferenta; La propagarea în medii neomogene, se observă difracția undelor, împrăștierea undelor și alte fenomene.

Din teoria lui Maxwell rezultă că undele electromagnetice trebuie să exercite presiune asupra unui corp absorbant sau reflector. Presiunea radiației electromagnetice se explică prin faptul că, sub influența câmpului electric al undei, în substanță apar curenți slabi, adică mișcarea ordonată a particulelor încărcate. Acești curenți sunt afectați de forța Amperi din câmpul magnetic al undei, direcționată în grosimea substanței. Această forță creează presiunea rezultată. De obicei presiunea radiației electromagnetice este neglijabilă. De exemplu, presiunea radiației solare care ajunge pe Pământ pe o suprafață absolut absorbantă este de aproximativ 5 μPa.

Primele experimente pentru a determina presiunea radiației asupra corpurilor reflectorizante și absorbante, care au confirmat concluzia teoriei lui Maxwell, au fost efectuate de remarcabilul fizician al Universității din Moscova P.N. Lebedev în 1900. Descoperirea unui efect atât de mic a necesitat extraordinara sa ingeniozitate și pricepere în organizarea și conducerea experimentului. În 1900 a putut măsura presiunea ușoară pe solide, iar în 1910 pe gaze. Partea principală a dispozitivului P.I Lebedev a folosit discuri ușoare cu un diametru de 5 mm suspendate pe un fir elastic (Fig. 5) în interiorul unui vas evacuat pentru a măsura presiunea ușoară.

Figura 5 - Experimentul P.I. Lebedeva

Discurile erau realizate din diferite metale și puteau fi înlocuite în timpul experimentelor. Lumina dintr-un arc electric puternic a fost direcționată spre discuri. Ca urmare a expunerii discurilor la lumină, firul s-a răsucit și discurile au fost deviate. Rezultatele experimentelor realizate de P.I. Lebedev au fost complet în concordanță cu teoria electromagnetică a lui Maxwell și au fost de mare importanță pentru aprobarea acesteia.

Existenta presiunii undelor electromagnetice ne permite sa concluzionam ca campul electromagnetic se caracterizeaza printr-un impuls mecanic.Acest raport intre masa si energia campului electromagnetic intr-o unitate de volum este o lege universala a naturii. Conform teoriei speciale a relativității, este valabil pentru orice corp, indiferent de natura și structura lor internă.

Deoarece presiunea unei unde luminoase este foarte mică, aceasta nu joacă un rol semnificativ în fenomenele pe care le întâlnim în viața de zi cu zi. Dar în sistemele cosmice și microscopice de scări opuse, rolul acestui efect crește brusc. Astfel, atracția gravitațională a straturilor exterioare de materie ale fiecărei stele către centru este echilibrată de o forță, la care o contribuție semnificativă o aduce presiunea luminii care vine din adâncurile stelei spre exterior. În microcosmos, presiunea luminii se manifestă, de exemplu, în fenomenul de ieșire a luminii de la un atom. Este experimentat de un atom excitat atunci când emite lumină.

Presiunea ușoară joacă un rol semnificativ în fenomenele astrofizice, în special în formarea cozilor cometare, a stelelor etc. Presiunea luminii atinge o valoare semnificativă în locurile în care este focalizată radiația generată de puternice generatoare de lumină cuantică (lasere). Astfel, presiunea radiației laser focalizate pe suprafața unei plăci subțiri de metal poate duce la descompunerea acesteia, adică la apariția unei găuri în placă. Astfel, câmpul electromagnetic are toate caracteristicile corpurilor materiale - energie, viteză finită de propagare, impuls, masă. Acest lucru sugerează că câmpul electromagnetic este una dintre formele de existență a materiei.

), descriind câmpul electromagnetic, a arătat teoretic că câmpul electromagnetic în vid poate exista în absența surselor - sarcini și curenți. Un câmp fără surse are forma unor unde care se propagă cu o viteză finită, care în vid este egală cu viteza luminii: Cu= 299792458±1,2 m/s. Coincidența vitezei de propagare a undelor electromagnetice în vid cu viteza luminii măsurată anterior a permis lui Maxwell să concluzioneze că lumina sunt unde electromagnetice. O concluzie similară a stat mai târziu la baza teoriei electromagnetice a luminii.

În 1888, teoria undelor electromagnetice a primit confirmare experimentală în experimentele lui G. Hertz. Folosind o sursă de înaltă tensiune și vibratoare (vezi vibrator Hertz), Hertz a reușit să efectueze experimente subtile pentru a determina viteza de propagare a undei electromagnetice și lungimea acesteia. S-a confirmat experimental că viteza de propagare a undei electromagnetice este egală cu viteza luminii, ceea ce a dovedit natura electromagnetică a luminii.

În 1860-1865 unul dintre cei mai mari fizicieni ai secolului al XIX-lea James Clerk Maxwell a creat o teorie câmp electromagnetic. Potrivit lui Maxwell, fenomenul inducției electromagnetice este explicat după cum urmează. Dacă într-un anumit punct al spațiului câmpul magnetic se modifică în timp, atunci acolo se formează și un câmp electric. Dacă în câmp există un conductor închis, atunci câmpul electric provoacă un curent indus în el. Din teoria lui Maxwell rezultă că este posibil și procesul invers. Dacă într-o anumită regiune a spațiului câmpul electric se modifică în timp, atunci acolo se formează și un câmp magnetic.

Astfel, orice modificare a câmpului magnetic în timp dă naștere unui câmp electric în schimbare, iar orice modificare a câmpului electric în timp dă naștere unui câmp magnetic în schimbare. Aceste câmpuri electrice și magnetice alternative care se generează reciproc formează un singur câmp electromagnetic.

Proprietățile undelor electromagnetice

Cel mai important rezultat care decurge din teoria câmpului electromagnetic formulată de Maxwell a fost predicția posibilității existenței undelor electromagnetice. Undă electromagnetică- propagarea câmpurilor electromagnetice în spațiu și timp.

Undele electromagnetice, spre deosebire de undele elastice (sunete), se pot propaga în vid sau în orice altă substanță.

Undele electromagnetice în vid se propagă cu viteză c=299 792 km/s, adică cu viteza luminii.

În materie, viteza unei unde electromagnetice este mai mică decât în ​​vid. Relația dintre lungimea de undă, viteza acesteia, perioada și frecvența oscilațiilor obținute pentru undele mecanice este valabilă și pentru undele electromagnetice:

Fluctuațiile vectorului de tensiune Eși vector de inducție magnetică B apar în planuri reciproc perpendiculare și perpendiculare pe direcția de propagare a undei (vector viteză).

O undă electromagnetică transferă energie.

Gama undelor electromagnetice

În jurul nostru este o lume complexă de unde electromagnetice de diferite frecvențe: radiații de la monitoarele computerelor, telefoanele mobile, cuptoarele cu microunde, televizoarele etc. În prezent, toate undele electromagnetice sunt împărțite după lungimea de undă în șase game principale.

Unde radio- acestea sunt unde electromagnetice (cu o lungime de unda de la 10000 m la 0,005 m), folosite pentru a transmite semnale (informatii) pe o distanta fara fire. În comunicațiile radio, undele radio sunt create de curenții de înaltă frecvență care curg într-o antenă.

Radiația electromagnetică cu o lungime de undă de la 0,005 m până la 1 micron, adică situate între domeniul undelor radio și domeniul luminii vizibile sunt numite Radiatii infrarosii. Radiația infraroșie este emisă de orice corp încălzit. Sursele de radiație infraroșie sunt sobele, bateriile și lămpile electrice cu incandescență. Folosind dispozitive speciale, radiațiile infraroșii pot fi convertite în lumină vizibilă, iar imaginile obiectelor încălzite pot fi obținute în întuneric complet.

LA lumina vizibila includ radiații cu o lungime de undă de aproximativ 770 nm până la 380 nm, de la roșu la violet. Semnificația acestei părți a spectrului radiațiilor electromagnetice în viața umană este extrem de mare, deoarece o persoană primește aproape toate informațiile despre lumea din jurul său prin viziune.

Se numește radiația electromagnetică cu o lungime de undă mai scurtă decât violetul, invizibilă pentru ochi radiații ultraviolete. Poate ucide bacteriile patogene.

radiații cu raze X invizibil pentru ochi. Trece fără absorbție semnificativă prin straturi semnificative ale unei substanțe opace la lumina vizibilă, care este utilizată pentru a diagnostica boli ale organelor interne.

Radiația gamma numită radiație electromagnetică emisă de nucleele excitate și care provine din interacțiunea particulelor elementare.

Principiul comunicației radio

Un circuit oscilator este folosit ca sursă de unde electromagnetice. Pentru o radiație eficientă, circuitul este „deschis”, adică. creați condiții pentru ca câmpul să „meargă” în spațiu. Acest dispozitiv se numește circuit oscilant deschis - antenă.

Comunicare radio este transmisia de informații folosind unde electromagnetice, ale căror frecvențe sunt în intervalul de la până la Hz.

Radar (radar)

Un dispozitiv care transmite unde ultrascurte și le primește imediat. Radiația se efectuează în impulsuri scurte. Impulsurile sunt reflectate de obiecte, permițând, după recepționarea și procesarea semnalului, stabilirea distanței până la obiect.

Radarul de viteză funcționează pe un principiu similar. Gândiți-vă la modul în care radarul detectează viteza unei mașini în mișcare.